電控高壓共軌系統是第三代的時間、壓力型電控燃油系統。
燃油供給及壓力的產生與噴射系統是分開的,燃油被蓄積在一根共用的金屬管內,然后分配給各缸噴油器,所以叫共軌系統。
電控共軌系統的組成簡單的說是由ECU、傳感器、執行器及線路組成。
共軌燃油系統由高壓泵、輸油泵、共軌管、高壓管、高壓連接管、噴油器組成。
博世共軌系統種類較多,按照控制方式分常見的有EDC7系統、EDC16系統、EDC17系統。
按照高壓泵形式分主要有CP1(用于乘用車)、CP2、CP3、CP1H、CB18系統,商用車中常用的是CP2和CP3系統。
ECU(Electronic Control Unit)
ECU特性參數
ECU(電子控制單元)是英文Electronic Control Unit首字母的縮寫,是電控系統的指揮中樞,相當于我們的大腦。
ECU由于廠家不同,叫法也略有差異。
比如:
康明斯稱為ECM
(電子控制模塊或發動機控制模塊)。
ECU正常的工作電壓范圍一般在9-32V之間,EDC7系統ECU電壓在6-8V之間時大部分功能失效,但會有部分功能可以工作,當電壓低于6V則完全停止工作。
ECU還要滿足抵抗電子干擾及高頻信號干擾的能力。
ECU的工作環境溫度一般在-30℃-120℃之間,所以安裝在發動機上的部分ECU采用燃油進行冷卻。
ECU內部主要的元件是CPU(中央處理器),其實它就是一塊集成的芯片。
內部包含有輸入、輸出通道、存儲位置、定時器、串行接口等。
ECU采用晶振(石英振蕩器)用來計時
石英振蕩器是利用壓電效應原理制成的,當把晶體(如石英等)壓縮或拉伸時,在晶體的端面上會出現電荷,當在晶體兩端施加電場時,晶體又會產生機械變形,這就是壓電效應。
壓電效應具有高穩定性,所以現在的彩電、電腦等內部普遍采用石英振蕩器。
晶振在數字電路的基本作用是提供一個時序控制的標準時刻,如果沒有一個時序控制的標準時刻,整個數字電路就會成為“聾子”。
ECU不知道在哪個時間應該干什么,比如發動機的噴油時刻控制、執行器占空比控制等,此時發動機可能無法啟動或失去控制。
信息在ECU內部的存儲有兩個位置,分別是ROM(只讀存儲器)和RAM(隨機存儲器)。
只讀存儲器又包括EPROM(可編程只讀存儲器)和FEPROM(電可擦除存儲器)-閃存,EPROM存儲器有的不是集成在CPU中,而是獨立安裝的,通過CAN-Controller Area Network(控制局域網)線進行通訊。
FEPROM有的是獨立安裝的,但大部分是與CPU集成在一起的,如博世的EDC16和EDC17系統的FEPROM與CPU是集成在一起的。
FEPROM最大的優點是內部存儲的數據可以通過紫外線擦除,然后通過編程器可以重新寫入新的控制程序,這為修改程序提供了很大的方便。汽車的控制程序一般都存儲在只讀存儲器中,比如發動機底層數據、控制曲線、各種脈譜圖等。
隨機存儲器(RAM)主要存儲一些變量信號值,是一種可讀寫的存儲器。當點火開關關閉時,內部存儲信息也隨之消失,所以叫做易失存儲器。
不同的ECU,RAM存儲器的數量可能不盡相同,這主要取決于控制系統的復雜程度及控制變量的多寡。RAM通過數據總線與CPU相連。
除了上述存儲器外,還有一種只讀存儲器-EEPROM,它也是電可擦寫存儲器,它存儲的信息與RAM存儲的信息類似,但是EEPROM只能通過設備將存儲信息擦除掉,點火開關關閉不會導致存儲信息丟失,所以叫非易失存儲器。
EEPROM存儲器可以對每一個存儲位置進行重復多次擦寫,這也是它與EPROM的最大區別,電控系統產生的故障碼以及一些基本數據參數大都存儲于EEPROM存儲器中。
隨著汽車電子控制的功能越來越多,對ECU的運算及存儲能力要求越來越大,現在部分ECU的存儲器已經實行模塊化,里面有很多的存儲器,幾乎可以將所有類型的底層數據全部刷寫進去,里面可以包含電控單體泵系統、電控分配泵系統、電控高壓共軌系統、混合動力系統等等,汽車生產商或發動機制造商只要通過軟件將適合于他使用類型的數據開啟,其他數據保持關閉狀態就可以了,增強了ECU的通用性。
ECU內部采用電子集成電路,耐久性好,工作穩定,比如EDC7系統的ECU工作壽命至少可達16000小時,即使一天24小時不停地工作,也至少可達667天。
上圖:EDC16、EDC17系統ECU
上圖:EDC7系統ECU
上圖: EDC7系統ECU內部
ECU的功能
隨著電子技術的發展,ECU的功能可以涵蓋整車所有控制系統,單純就發動機ECU來講,可以實現對發動機的所有控制,下面列舉一些主要的控制功能。
1)噴射方式控制:可以實現多次噴射,國三車型一般實行兩次噴射,國四、國五車型可達5-6次噴射。
2)噴油量控制:根據油門開度、發動機轉速及水溫、進氣壓力的修正補償進行噴油量控制,在發動機超速和減速時具有自動斷油功能。
3)噴油正時控制:根據發動機轉速及水溫進行預噴、主噴正時控制及正時補償控制。
4)軌壓控制:通過燃油計量單元及軌壓傳感器進行軌壓閉環控制。通過油軌泄壓閥進行過壓保護,并具有控制軌壓方面的跛行回家功能。
5)扭矩控制:對瞬態扭矩、低速扭矩、加速扭矩、最大扭矩進行控制。
6)對增壓器的過壓保護及冒煙限制控制。
7)各缸平衡控制:防止因噴油量不一致導致轉速波動過大。
8)可變截面增壓器控制
9)排氣制動及發動機制動控制
10)發動機的過熱保護控制:
當水溫高于最高限值時將扭矩甚至停機。
11)EGR控制:
根據尾氣排放控制EGR的開度。
12)空調控制
13)啟動控制:
為了快速啟動,啟動時ECU采用大脈寬開環控制,燃油計量閥處于最大開度狀態。
當軌壓和發動機轉速達到標定值時才采用閉環控制。
開環控制時油路有故障不報故障碼。
開環控制:簡單地說就是沒有反饋信號的控制。
按照標定脈譜去控制,控制結果不得而知。
閉環控制:具有反饋信號的控制。
傳感器將結果反饋給ECU,ECU再根據控制結果進行修正。
14)冷啟動控制:根據環境溫度或水溫進行輔助啟動控制。
15)啟動保護控制:防止起動機在發動機運轉時再次接入。
16)風扇控制:
根據水溫控制風扇的轉速,使水溫始終處于最佳溫度狀態,同時減少發動機功率損耗,降低油耗
17)巡航控制:
通過司機操作,進行巡航車速控制,降低司機強度。
18)檔位計算:
根據發動機轉速和車速計算檔位,用于掛當時的怠速控制,提高駕駛平順性。
19)最高車速控制
20)電源管理:
通過ECU內部繼電器控制電源繼電器延時斷電,不如EDC6系統一般延時斷電16秒。
21)驅動怠速控制:
比如開啟空調、掛檔時發動機負載會增大,利用PID控制增加噴油量,使發動機轉速維持在正常范圍內。
22)離合器開關控制:
通過離合器開關的動作來調節噴油量,改善駕駛平順性。
23)剎車開關控制:
通過剎車開關的動作來修正發動機扭矩,并與油門進行合理性判斷。也是巡航控制的使能條件。
24)噴油器控制:
當軌壓達到200bar且同步信號正常時,ECU才控制噴油器噴油。
25)失效控制:
ECU在電控系統存在故障時的運行策略。
失效控制有四種:分別是缺省值、減扭矩、Limp home(跛行回家)及停機。
缺省值:
就是采用替代值去控制運行。
比如進氣壓力傳感器損壞ECU默認進氣壓力1013mbar去運行,
水溫傳感器損壞ECU默認水溫98℃去運行。
減扭矩:幾乎所有傳感器損壞都會導致發動機扭矩下降,只是下降數值不同而已,
比如:進氣溫度傳感器失效后,發動機扭矩降低5%,而曲軸、凸輪軸傳感器失效后,發動機扭矩降低20%。
Limp home(跛行回家):
當軌壓傳感器、燃油計量單元及油門傳感器發生故障時,發動機轉速降低到約1000-1200轉左右(取決于標定),使車輛可以以跛行的方式開回家或維修地點。
停機:當水溫高于允許值后發動機將進入降扭矩狀態,如果超過一定時間后(取決于標定)水溫一直處于最高狀態,發動機將停機。
再比如發動機怠速時間過長,ECU會進行停機保護(有的ECU沒有采用該標定)。
以上為部分內容
張喜順
2017.04.28
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